DE60211440T9

DE60211440T9 - METHOD AND SYSTEM FOR INFRARED DETECTION WITH MANUAL LEVEL AND GAIN CONTROL BASED ON HISTOGRAMS

Info

Publication number: DE60211440T9
Application number: DE60211440T
Authority: DE
Inventors: J. Lee Torrance HUNIU
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2007-08-02
Also published as: US6792141B2; DE60211440D1; IL153304A0; EP1293092B1; WO2002087226A1; EP1293092A1; IL153304A; US20030007689A1; DE60211440T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION

Technisches Gebiet technical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Infrarot-Detektionssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme und Verfahren, um eine automatische Steuerung der Verstärkung und des Pegels bei Infrarot-Detektionssystemen bereitzustellen.The The present invention relates to infrared detection systems. In particular, the present invention relates to systems and methods to automatically control the gain and level of infrared detection systems.

Stand der TechnikState of technology

Vorwärtsschauende Infrarot-(forward looking infrared, FLIR)-basierte bildgebende Systeme werden verbreitet eingesetzt, um Ziele und andere Objekte in der Dunkelheit und bei anderen Gegebenheiten (Rauch, Dunst, etc.), die ansonsten eine sichtbare Erkennung verschleiern bzw. verdecken würden, zu sehen. Da es oft schwierig ist, Ziele unter Verwendung eines infraroten bildgebenden Systems vom Hintergrund zu unterscheiden, sind Systeme und Verfahren entwickelt worden, um die Anpassungen von Pegel und Verstärkung zu optimieren und um so die Erkennbarkeit von Zielen durch IR-Bildgeber zu verbessern.Forward-looking Infrared (forward-looking infrared, FLIR) -based imaging systems are widely used to target and other objects in the Darkness and other circumstances (smoke, haze, etc.) that otherwise disguise or obscure a visible recognition see. Since it is often difficult to target using an infrared Distinguishing the imaging system from the background are systems and methods have been developed to adjust the levels and levels Reinforcement too optimize and thus the recognizability of targets by IR imagers to improve.

Aus dem Stand der Technik sind viele Algorithmen bekannt, um eine automatische Steuerung der Verstärkung und des Pegels für infrarote bildgebende Systeme bereitzustellen. Unglücklicherweise erlauben diese Systeme im Allgemeinen keine manuelle Einstellmöglichkeit. Solche Systeme, die eine manuelle Steuerung des Pegels und der Verstärkung erlauben, neigen dazu, das Bild drastisch zu verändern. Dies kann zu Verwirrungen führen, aus denen sich bei bestimmten (insbesondere militärischen) Anwendungen, ernsthafte nachteilige Folgen ergeben können. Die dramatische Änderung des Bilds liegt in der Tatsache begründet, dass im automatischen Modus die Intensität des ausgegebenen Bilds auf die empfangene Energie in Abhängigkeit von einer nicht-linearen Zuordnung unter Verwendung eines Histogramm-Ansatzes bezogen ist; im Gegensatz dazu ist im manuellen Modus die Intensität des ausgegebenen Bilds auf die empfangene Energie in Abhängigkeit von einer linearen Zuordnung bezogen.Out In the prior art, many algorithms are known to be automatic Control of the gain and the level for to provide infrared imaging systems. Unfortunately In general, these systems do not allow manual adjustment. Such systems that allow manual control of level and gain, tend to drastically change the picture. This can cause confusion to lead, from which in certain (especially military) Applications that can result in serious adverse consequences. The dramatic change of the image is due to the fact that in the automatic Mode the intensity of the output image on the received energy in dependence from a non-linear assignment using a histogram approach is; in contrast, in manual mode, the intensity of the output is Image on the received energy as a function of a linear Assignment related.

Daher ergibt sich aus dem Stand der Technik der Bedarf für ein System oder ein Verfahren, um die Leistungsfähigkeit von infraroten bildgebenden Displays bzw. Darstellungen zu verbessern. Insbesondere besteht aus dem Stand der Technik der Bedarf für ein System oder ein Verfahren, um manuelle Anpassungen hinsichtlich der Verstärkung und des Pegels von dem Ausgangssignal aus einem infraroten Bildgeber bereitzustellen, wodurch sich das Bild relativ zu dem Bild, das man in einem automatischen Anpassungsmodus hinsichtlich der Verstärkung und des Pegels sieht, nicht wesentlich verändert.Therefore From the prior art there is a need for a system or a method to increase the performance of infrared imaging Improve displays or representations. In particular exists the prior art, the need for a system or method to make manual adjustments to the gain and the level of that Provide output from an infrared imager, thereby the picture is relative to the picture you see in an automatic Sees adjustment mode in terms of gain and level, not changed significantly.

WO-A-99/26410 offenbart eine CCD-Videokamera mit einer automatischen Anpassung bezüglich des Pegels und der Verstärkung, die die Möglichkeit einer manuellen Eingabe wie beispielsweise für den Weißabgleich hat und bei der ein Histogramm für einen neuen Verstärkungswert erzeugt wird. Der Benutzer hat jedoch keine spezifische Steuerungsmöglichkeit hinsichtlich des Pegels und der Verstärkung und das Histogramm hat keine kumulative Verteilungsfunktion.WO-A-99/26410 discloses a CCD video camera with an automatic adaptation in terms of the level and the gain, the opportunity manual input, such as for white balance, and on Histogram for a new gain value is produced. However, the user has no specific control in terms of level and gain and the histogram has none cumulative distribution function.

US-A-6130724 zeigt eine vollautomatische Vorrichtung, um den dynamischen Bereich von einem Bild zu erhöhen und den Kontrast mittels eines Histogramm- Rechners bereitzustellen, der eine normalisierte kumulierte Dichtefunktion aufweist und durch die Berechnung eines Schwellwerts auf der Basis, auf der eine Versatzfunktion (bias function) auf das Histogramm angewendet wird.US-A-6130724 shows a fully automatic device to the dynamic range to increase from a picture and provide the contrast by means of a histogram calculator that normalizes has cumulative density function and by the calculation of a Threshold based on a bias function is applied to the histogram.

WO-A-97/42756 offenbart eine vollautomatische Anpassung hinsichtlich des Kontrasts und der Helligkeit. Auch hier wird eine kumulierte Verteilung für die Anpassung der Helligkeit berechnet, während eine Histogrammberechnung oder Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion die Anpassung des Kontrasts bereitstellt.WO 97/42756 discloses a fully automatic adjustment in terms of contrast and the brightness. Again, there will be a cumulative distribution for the adjustment the brightness is calculated while a histogram calculation or probability distribution function provides the adjustment of the contrast.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION

Der Bedarf aus dem Stand der Technik wird durch das System und das Verfahren zur Bereitstellung einer manuellen Steuerung hinsichtlich des Pegels und der Verstärkung von einem bildgebenden System gemäß der vorliegenden Erfindung gedeckt, wie es in den Ansprüchen 1 und 8 beschrieben ist. Gemäß des erfinderischen Verfahrens wird eine Mehrzahl von Signalen von einem Detektor empfangen, die eine Umgebungsszenerie bzw. Szene repräsentieren. Als Nächstes wird ein Histogramm von der Szene gebildet. Das Histogramm weist eine Anzahl von Intensitätsgruppen bzw. Intensitätsbins (intensity bins) und eine Anzeige hinsichtlich der Anzahl von Pixeln in jeder Intensitätsgruppe auf. Das Histogramm wird gemäß einer ersten Funktion transformiert, die definiert, wie das Histogramm die Darstellung von den Signalen beeinflusst. Das Verfahren ermöglicht es, eine Grenze bezogen auf die erste Funktion zu setzen. Das Verfahren bestimmt dann eine normalisierte kumulierte Verteilungsfunktion des transformierten Histogramms innerhalb der Grenze der örtlichen Verstärkung. Schließlich ist das Verfahren dafür ausgebildet, einen Verstärkungsfaktor und eine Pegeleingabe von einem Benutzer zu empfangen und eine von einem Histogramm kontrollierte zweite Funktion zu definieren, um in Abhängigkeit davon und gemäß der normalisierten kumulierten Verteilungsfunktion jeder Gruppe bzw. Bin Werte zuzuordnen.The need of the prior art is met by the system and method for providing manual control in terms of level and gain by an imaging system according to the present invention as described in claims 1 and 8. According to the inventive method, a plurality of signals are received from a detector representing an environment scene. Next, a histogram of the scene is formed. The histogram has a number of intensity bins and an indicator in terms of the number of pixels in each intensity group. The histogram is transformed according to a first function that defines how the histogram affects the representation of the signals. The method makes it possible to set a limit with respect to the first function. The method then determines a normalized cumulative distribution function of the transformed histogram within the limit of local amplification. Finally, the method is adapted to receive a gain and a level input from a user and to define a histogram-controlled second function to assign values to each group or bin depending thereon and according to the normalized cumulative distribution function.

Bei einer besonderen Implementierung weist das Verfahren einen weiteren Schritt auf, in dem eine mittlere Graugruppe bzw. Graubin für das pegelverschobene transformierte Histogramm bestimmt wird und eine begrenzte bzw. abgeschnittene, pegelverschobene, normalisierte, kumulierte Verteilungsfunktion bestimmt wird, die das mittlere Grau von der mittleren Graugruppe beibehält. Bei dem erläuternden Ausführungsbeispiel weist der Schritt zum Erhalten der Eingabe eines Verstärkungsfaktors und eines Pegels des Weiteren den Schritt auf, in dem eine normalisierte kumulative Verteilungsfunktion für jede Gruppe bestimmt wird. Jeder Gruppe wird eine Grauabstufung bzw. Grauschattierung in Abhängigkeit von der zweiten Funktion zugewiesen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist des Weiteren die Schritte auf, in denen die Polarität von jeder Gruppe angepasst und eine Gammakorrektur für jeden Pixel in jeder Gruppe bewirkt wird.at In a particular implementation, the method has another one Step up, in which a middle gray group or Graubin for the level-shifted transformed histogram is determined and a limited or truncated, level-shifted, normalized, cumulative distribution function It determines the mean gray of the middle gray group maintains. In the explanatory embodiment has the step of obtaining the input of a gain and a level further the step in which a normalized cumulative distribution function for each group is determined. Each group will be grayed out or gray shade depending on assigned by the second function. The inventive method further includes the steps in which the polarity of each group adjusted and a gamma correction for each pixel in each group is effected.

Bei einer erläuternden Anwendung werden das erfindungsgemäße System und Verfahren bei der Verarbeitung eines digitalen Videos bzw. Videobilds verwendet. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine manuelle Anpassung des Pegels und der Verstärkung (manual level and gain, MLG) von einem Video, ähnlich der Anpassung, die bei einem auf einem Histogramm basierenden automatischen Steuersystem für Pegel und Verstärkung (automatic level and gain, ALG) unter Verwendung einer kumulativen Verteilungsfunktion (cumulative distribution function, cdf) eingesetzt wird, wobei es sich um dem Bereich unter dem Histogramm handelt. Änderungen des Pegels bzw. des Levels werden mittels eines Offsets (L) bzw. eines Versatzes bezogen auf den vorhandenen ALG-Pegel (Median) gemacht und Änderungen der Verstärkung werden gemacht, indem der relative Verstärkungsmultiplikator (G), der auf den ALG-Algorithmus einwirkt, geändert wird und damit bewirkt, dass sich die Verstärkung gleichmäßig um den Median herum ändert. ALG ist damit eine Untergruppe von dem auf einem Histogramm basierenden MLG, bei dem G = 1 und L = 0 ist. Gemäß der Erfindung wird als Teil des auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus die lokale Verstärkung auf einen vorgegebenen maximalen Wert begrenzt, um ein übermäßig verrauschtes Bild zu verhindern, wenn eine zu große Verstärkung angewendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt, wie eine Verschiebung bei dem Pegel verhindert werden kann, wenn die Verstärkung erhöht wird (das heißt, G > 1), selbst wenn ein Begrenzungsverfahren bzw. Abschneiden (clipping) angewendet wird. Ein Algorithmus zur Reduzierung der Sättigung (die äußeren Gruppen des Histogramms werden begrenzt) wird auch angewendet, um zu verhindern, dass die Sättigung das Video zu stark beeinflusst. Um die Möglichkeit bereitzustellen, das Bild von Schwarz nach Weiß zu ändern, wird bei niedriger Verstärkung ein Offset bzw. Versatz benötigt. Schließlich ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, feine und grobe Anpassungen vorzunehmen, und schließt auch eine Angleichung des Histogramms (ein Teil der ersten Funktion), eine Umkehr der Polarität und eine Gammakorrektur ein.at an explanatory Application, the system and method according to the invention at processing a digital video or video image. The present invention allows a manual adjustment of the level and the gain (manual level and gain, MLG) from a video, similar the fitting, which is based on a histogram-based automatic Control system for Level and gain (automatic level and gain, ALG) using a cumulative Distribution function (cumulative distribution function, cdf) which is the area under the histogram. amendments the level or the level by means of an offset (L) or made an offset based on the existing ALG level (median) and changes the reinforcement are made by using the relative gain multiplier (G), to the ALG algorithm acts, changed and thus causes the gain evenly around the Median changes around. ALG is thus a subgroup of the one based on a histogram MLG, where G = 1 and L = 0. According to the invention is as part of the histogram-based MLG algorithm, the local reinforcement limited to a predetermined maximum value to an overly noisy To prevent image when too much gain is applied. The inventive method determines how to prevent a shift in the level can if the reinforcement elevated becomes (that is, G> 1), even if a clipping method is used becomes. An algorithm for reducing saturation (the outer groups of the histogram are limited) is also applied to prevent that saturation is the Video too heavily influenced. To provide the opportunity changing the image from black to white will at low gain an offset is needed. After all allows it the method according to the invention, make fine and rough adjustments, and also close an approximation of the histogram (part of the first function), a reversal of polarity and a gamma correction.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 ist ein Blockdiagramm auf der Stufe des Systems eines kardanisch aufgehängten, vorwärts gerichteten, infraroten, bildgebenden Systems mit einer zugeordneten Systemelektronik gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. 1 Figure 10 is a block diagram at the stage of the system of a gimbaled forward infrared imaging system with associated system electronics according to the teachings of the present invention.

2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß 1 in Verbindung mit der Erkennung von infraroten Bildern bei mittlerer Wellenlänge (mid wave infrared, MWIR) zeigt. 2 is a flowchart illustrating the operation of the system according to 1 in connection with the detection of infrared images at medium wavelength (mid wave infrared, MWIR) shows.

2a ist ein Diagramm, das ein typisches Histogramm zeigt, das bei der Erkennung von infraroten Bildern generiert wird. 2a is a diagram showing a typical histogram generated when detecting infrared images.

3 ist ein Flussdiagramm von einem typischen konventionellen Verfahren, um eine automatische Steuerung für Pegel und Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. 3 FIG. 10 is a flowchart of a typical conventional method to provide automatic level and gain control for an infrared imaging system.

4 ist ein Flussdiagramm von einem typischen konventionellen Verfahren, um eine manuelle Steuerung für Pegel und Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. 4 FIG. 10 is a flowchart of a typical conventional method for providing manual level and gain control for an infrared imaging system.

5 ist ein Flussdiagramm von einer verbesserten Methode, um eine manuelle Steuerung des Pegels und der Verstärkung bei einem infraroten bildgebenden System bereitzustellen gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. 5 is a flowchart of an improved method to manually control the Pe gels and gain in an infrared imaging system according to the teachings of the present invention.

6 ist ein Flussdiagramm von dem erfindungsgemäßen Verfahren für das Begrenzen (clipping), das in dem gemäß 5 dargestellten Verfahren implementiert ist. 6 FIG. 4 is a flowchart of the clipping process of the present invention shown in FIG 5 implemented method is implemented.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION THE INVENTION

Erläuternde Ausführungsbeispiele und beispielhafte Anwendungen werden nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, um die vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.explanatory embodiments and exemplary applications will now be made with reference to the accompanying drawings described the advantageous teachings of the present invention to describe.

Auch wenn die vorliegende Erfindung hier im Hinblick auf die erläuternden Ausführungsbeispiele für besondere Anwendungen beschrieben wird, sollte es klar sein, dass die Erfindung hierauf nicht begrenzt ist. Personen mit üblichen Kenntnissen auf diesem Gebiet der Technik und Zugang zu den hier bereitgestellten Lehren werden weitere Abänderungen, Anwendungen und Ausführungsbeispiele erkennen, die im Bereich der Erfindung liegen, und weitere Gebiete erkennen, in denen die vorliegende Erfindung von großer Nützlichkeit sein könnte.Also when the present invention is described herein with reference to the illustrative embodiments for special Applications is described, it should be clear that the invention is not limited to this. Persons with usual knowledge on this Field of technology and access to the teachings provided here will be further amendments, Applications and embodiments recognize, which are within the scope of the invention, and other areas recognize in which the present invention of great utility could.

1 ist ein Blockdiagramm auf der Stufe des Systems von einem kardanisch aufgehängten, vorwärts gerichteten, infraroten, bildgebenden System mit einer zugeordneten Elektronik gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. Das IR-bildgebende Teilsystem 100 weist einen Sensor 200, eine Elektronik 500, Steuerungen 300 und ein Display 400 bzw. eine Bildwiedergabevorrichtung auf. Der Sensor 200 weist eine Optik 210 und, im gezeigten Ausführungsbeispiel, eine starr-blickende (staring) Infrarot-detektierende Baugruppe 220 auf. Eingehende Bildinformation von einer Szene wird von der Optik 210 empfangen und wird der starr-blickenden Infrarot-detektierenden Baugruppe 220 zur Verfügung gestellt. Das Bild wird abgetastet und an die Elektronik 500 des Systems als ein analoges FLIR-Video (forward looking infrared, vorwärts gerichtetes Infrarot) ausgegeben. 1 Figure 10 is a system level block diagram of a gimbaled forward infrared imaging system with associated electronics in accordance with the teachings of the present invention. The IR-imaging subsystem 100 has a sensor 200 , an electronics 500 , Controls 300 and a display 400 or a picture display device. The sensor 200 has an optic 210 and, in the embodiment shown, a rigid-looking (infrared) detecting module 220 on. Incoming image information from a scene is taken from the optics 210 receives and becomes the rigid-looking infrared-detecting assembly 220 made available. The image is scanned and sent to the electronics 500 of the system is output as an analog FLIR video (forward-looking infrared).

Die Elektronikeinheit 500 des Systems weist einen Videoprozessor 520 und eine Elektronik zur Gleichheitskorrektur auf, die eine DNUC (Digital Non-Uniformity Correction, digitale Korrektur der Ungleichmäßigkeit) 510 und eine SBNUC (Scene Based Non-Uniformity Correction, Szenen-basierte Korrektur der Ungleichmäßigkeit) 512 aufweist. Das analoge FLIR-Video wird in der DNUC 510 in ein digitales Signal gewandelt und die DNUC 510 und die SBNUC 512 wenden digitale Korrekturen zur Gleichmäßigkeit auf jeden Pixel an. Das resultierende digitale Signal wird an den Videoprozessor 520 gesendet, wo das digitale Video in ein Video im Format RS-170 für das Display 400 gewandelt wird. Änderungen der Verstärkung und des Pegels, Polarität, Gamma-Korrektur und Modus (ALG gegenüber MLG, Funktion zur Angleichung des Histogramms) werden unter Verwendung der Flugzeugsteuerung 300 gemacht und über eine 1553-Kommunikation an die Pod-Steuerung 580 gesendet. Die Pod-Steuerung sendet die endgültigen Verstärkungs- und Pegelwerte, die Polarität (Schwarz stellt heiß dar, oder Weiß stellt heiß dar), die Konstanten der Gamma-Korrektur (γ und λ) und den Modus an den Videoprozessor 520.The electronics unit 500 of the system has a video processor 520 and Equality Correction Electronics Using a DNUC (Digital Non-Uniformity Correction) 510 and a SBNUC (Scene Based Nonuniformity Correction, scene-based correction of unevenness) 512 having. The analog FLIR video is in the DNUC 510 converted into a digital signal and the DNUC 510 and the SBNUC 512 apply digital corrections for uniformity to every pixel. The resulting digital signal is sent to the video processor 520 sent where the digital video into a video in the format RS-170 for the display 400 is converted. Gain and level changes, polarity, gamma correction, and mode (ALG versus MLG, histogram equalization function) are determined using aircraft control 300 made and via a 1553 communication to the pod control 580 Posted. Pod control transmits the final gain and level values, the polarity (black represents hot, or white represents hot), the gamma correction constants (γ and λ), and the mode to the video processor 520 ,

2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems gemäß 1 in Verbindung mit der Erkennung von Infrarotbildern mit mittlerer Wellenlänge zeigt. Wie in der 2 dargestellt ist, weist das Verfahren 600 den Schritt 610 zur Beleuchtung eines Detektor-Arrays mit Eingaben von Bildinformationen auf. Beim Schritt 620 gibt der Detektor analoge gebündelte (multiplexed) Signale der Szene aus. Diese Signale werden digitalisiert und bezüglich Ungleichmäßigkeiten im Schritt 630 durch die DNUC 510 und die SBNUC 512 korrigiert. Im Schritt 640 erzeugt der Videoprozessor 520 ein Histogramm der Szene. Ein Beispiel eines Histogramms ist in der 2a dargestellt. 2 is a flowchart illustrating the operation of a system according to 1 in connection with the detection of infrared images with medium wavelength. Like in the 2 is shown, the method 600 the step 610 for illuminating a detector array with inputs of image information. At the step 620 The detector outputs analog multiplexed signals of the scene. These signals are digitized and regarding step irregularities 630 through the DNUC 510 and the SBNUC 512 corrected. In step 640 the video processor creates 520 a histogram of the scene. An example of a histogram is in the 2a shown.

2a ist ein Diagramm eines typischen Histogramms, das bei der Erkennung einer infraroten Bildinformation erzeugt wird. Das Histogramm 670 liefert eine An zahl von Intensitätsgruppen 672 (Gruppe 3582), 674 (Gruppe 3583), etc. (Die Intensitätsgruppen in einem 14-Bit-Histogramm reichen tatsächlich von 0 bis 16383 = 2¹⁴-1, aber die Darstellung 670 stellt den Bereich, der von Interesse ist, vergrößert heraus, so dass die einzelnen gefüllten Gruppen erkennbar sind.) Die Höhe von jeder Gruppe wird durch die Anzahl der Pixel des Detektors bestimmt, die bei einem zugeordneten Intensitätspegel Energie abgeben. 2a Figure 12 is a diagram of a typical histogram generated upon detection of infrared image information. The histogram 670 provides a number of intensity groups 672 (Group 3582), 674 (Group 3583), etc. (The intensity of groups in a 14-bit histogram actually range from 0 to 16383 = 2 ¹⁴ -1, but the representation 670 expands the region of interest so that the individual filled groups are recognizable.) The height of each group is determined by the number of pixels of the detector that emit energy at an associated intensity level.

Wieder mit Blick auf 2, weist der Videoprozessor 520 im Schritt 650 jeder Gruppe des Histogramms Abstufungen von Grau zu in Abhängigkeit vom Betriebsmodus. Das bedeutet, der Videoprozessor 520 weist Graustufen in Abhängigkeit von einem automatischen Algorithmus zur Pegel- und Verstärkungssteuerung (ALG) oder einem manuellen Mechanismus zur Pegel- und Verstärkungssteuerung (MLG) zu. Wie weiter unten noch genauer erläutert wird, wird gemäß den vorliegenden Lehren ein System und ein Verfahren zur manuellen Steuerung des Pegels und der Verstärkung bereitgestellt, die ein identisches Ausgabebild zwischen dem automatischen Steuermodus und dem manuellen Steuermodus sicherstellen, wenn es keine Verschiebung hinsichtlich der Verstärkung oder des Pegels gibt. Die Lehren der vorliegenden Erfindung können am besten nachvollzogen werden, wenn die konventionellen ALG- und MLG-Betriebsmodi betrachtet und überlegt werden.Again looking up 2 , points the video processor 520 in step 650 each group of histogram gradations from gray to gray depending on the operating mode. That means the video processor 520 indicates grayscale depending on an automatic algorithm for level and gain control (ALG) or a manual level and gain control (MLG) mechanism. As will be explained in more detail below, in accordance with the present teachings, there is provided a system and method for manually controlling the level and gain that ensure an identical output image between the automatic control mode and the manual control mode when there is no shift in gain or gain of the level. The teachings of the present invention may best be understood when considering and considering the conventional ALG and MLG modes of operation.

3 ist ein Flussdiagramm eines typischen konventionellen Verfahrens, um eine automatische Steuerung des Pegels und der Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. Wie in 3 gezeigt ist, weist das konventionelle ALG-Verfahren 700 die Schritte 710 zur Erzeugung eines Histogramms auf. Schritt 710 implementiert dabei den Schritt 640 gemäß der 2, wobei: h(i) = # Pixel in Intensitätsgruppe „i" [1]wobei 0 ≤ i ≤ MaxI ist. 3 FIG. 10 is a flowchart of a typical conventional method to provide automatic control of level and gain for an infrared imaging system. As in 3 shows the conventional ALG method 700 the steps 710 to generate a histogram. step 710 implements the step 640 according to the 2 , in which: h (i) = # pixels in intensity group "i" [1] where 0 ≤ i ≤ MaxI.

Als nächstes definiert das Verfahren 700 im Schritt 720, wie das Histogramm das Video beeinflusst. Ein transformiertes Histogramm wird erzeugt: trans_hist(i) = f(h(i)) [2]wobei die Funktion f(x) für jeden Angleichungsmodus definiert ist und eine örtliche Verstärkung beeinflusst. Im Schritt 720 wird die lokale Verstärkung der Gruppe „i" als #Graustufen je Gruppe bei Gruppe „i" definiert und ist proportional zu trans_hist(i). In den meisten Fällen (für gewöhnliche Funktionen f(x), die bei der Transformation eines Histogramms verwendet werden, wie eine Wurzelangleichung, wo f(x) = x^0,5 ist), wird eine Erhöhung der Belegung einer Gruppe die örtliche Verstärkung in dieser Gruppe erhöhen.Next, the procedure defines 700 in step 720 how the histogram affects the video. A transformed histogram is generated: trans_hist (i) = f (h (i)) [2] where the function f (x) is defined for each equalization mode and affects a local gain. In step 720 For example, the local gain of group "i" is defined as #grayscale per group in group "i" and is proportional to trans_hist (i). In most cases (for ordinary functions f (x) used in the transformation of a histogram, such as a root approximation, where f (x) = x ^ 0.5), increasing the occupancy of a group becomes the local gain increase in this group.

Als nächstes optimiert das Verfahren 700 optional im Schritt 730 die Daten mittels Reduzierung der Sättigung und Begrenzungsalgorithmen. Wenn in großen Bereichen des Videos eine Sättigung eintritt, würde der Teil des Videos, der nicht gesättigt ist, einen niedrigen Kontrast haben und wäre zu dunkel, für den Fall, dass heiß als Weiß dargestellt ist. Eine Reduzierung der Sättigung verringert diese unerwünschten Effekte. Die Verringerung der Sättigung wird erreicht, indem die kumulative Verteilungsfunktion (cdf(MaxI)) erneut berechnet wird, wobei die Seiten bzw. Enden wie folgt eliminiert werden: antisaturation-trans_hist(i) = 0 [3]bei i = 0, i = MaxINext, the process optimizes 700 optional in step 730 the data by reducing the saturation and limiting algorithms. If saturation occurs in large areas of the video, the portion of the video that is not saturated would have low contrast and be too dark in the event that it is hotter than white. A reduction in saturation reduces these unwanted effects. The reduction in saturation is achieved by recalculating the cumulative distribution function (cdf (MaxI)), eliminating the ends as follows: antisaturation-trans_hist (i) = 0 [3] at i = 0, i = MaxI

Das Begrenzungsverfahren (clipping) verhindert, dass die örtliche Verstärkung zu hoch wird. Wenn die örtliche Verstärkung zu hoch ist, wirkt das Video verrauscht. Daher ist im Schritt 730 clipping-trans_hist(i) auf einen bestimmten Wert begrenzt und die begrenzten Gruppen werden neu verteilt.The clipping process prevents the local gain from becoming too high. If the local amplification is too high, the video will be noisy. Therefore, in step 730 clipping-trans_hist (i) is limited to a certain value and the limited groups are redistributed.

Im Schritt 740 definiert das Verfahren 700 eine Funktion Y(i), um jeder Gruppe eine Grauschattierung zuzuweisen. Zunächst wird die kumulative Verteilungsfunktion als die vorwärts gerichtete Summe des transformierten Histogramms bestimmt:

In step 740 defines the procedure 700 a function Y (i) to give each group a shade of gray. First, the cumulative distribution function is determined as the forwarded sum of the transformed histogram:

Als nächstes wird diese Funktion normalisiert, um Y(i) zu erzeugen: Y(i) = norm*cdf(i) [5] norm = MaxY/cdf(MaxI) [6]wobei 0 ≤ Y(i) ≤ MaxY ist und 'MaxY' der maximale Wert im Definitionsbereich der Gamma-Nachschlagetabelle (gamma_lut, gamma look up table) ist (bei typischen Systemen beträgt MaxY 4095 = 2¹²-1 für 12-Bit oder 16383 = 2¹⁴-1 für 14-Bit).Next, this function is normalized to produce Y (i): Y (i) = norm * cdf (i) [5] norm = MaxY / cdf (MaxI) [6] where 0 ≤ Y (i) ≤ MaxY and 'MaxY' is the maximum value in the gamma look-up table definition domain (in typical systems, MaxY is 4095 = 2 ¹² -1 for 12-bit or 16383) = 2 ¹⁴ -1 for 14-bit).

Als nächstes wird im Schritt 750 die Polarität der Funktion angepassst: Wenn heiß als Weiß dargestellt ist: dann bleibt Y(i) unverändert [7] Wenn heiß als Schwarz dargestellt ist: dann wird Y(i) = MaxY-Y(i) [8] Next is in step 750 adjusted the polarity of the function: If hot is shown as white: then Y (i) remains unchanged [7] If hot is shown as black: then Y (i) = MaxY-Y (i) [8]

Schließlich wird im Schritt 760 die endgültige Zuweisung von Grauschattierungen für jede Gruppe video_lut(i) mittels einer Gamma-Korrektur bewirkt: video_lut(i) = gamma_lut(Y(i)) [9] Finally, in step 760 the final assignment of shades of gray for each group video_lut (i) by means of a gamma correction causes: video_lut (i) = gamma_lut (Y (i)) [9]

Für ein 8-Bit-analoges Video gilt: gamma_lut(i) = 255*[(lambda(-i/MaxY)-1)(1/lambda-1)]gamma [10]wobei Lambda (0 < lambda < 1) und Gamma (0 < gamma < 2) eine Funktion des Displays sind. Die Gamma-Korrektur ist eine gut bekannte Technik, um das menschliche Auge und unvollkommene Displays zu kompensieren, indem ein Video erzeugt wird, das sich scheinbar linear mit Y(i) ändert.For an 8-bit analog video: gamma_lut (i) = 255 * [(lambda (-I / MaxY) -1) (1 / lambda 1)] gamma [10] where lambda (0 <lambda <1) and gamma (0 <gamma <2) are a function of the display. Gamma correction is a well-known technique for compensating the human eye and imperfect displays by producing a video that appears to change linearly with Y (i).

4 ist ein Flussdiagramm einer typischen konventionellen Methode, um eine manuelle Steuerung des Pegels und der Verstärkung für ein infrarotes bildgebendes System bereitzustellen. Wie in der 4 gezeigt ist, weist das konventionelle MLG-Verfahren 800 den Schritt 810 auf, in dem ein Histogramm erzeugt wird. Der Schritt 810 implementiert den Schritt 640 gemäß der 2. 4 Figure 4 is a flowchart of a typical conventional method to provide manual control of level and gain for an infrared imaging system. Like in the 4 shows the conventional MLG method 800 the step 810 in which a histogram is generated. The step 810 implements the step 640 according to the 2 ,

Als nächstes wird beim Schritt 820 eine Funktion unter Verwendung eines Histogramms definiert, um den Pegel der Signale zu aktualisieren und einen anfänglichen Verstärkungswert zu definieren, indem eine kumulative Verteilungsfunktion erzeugt wird, die gleich der vorwärts gerichteten Summe des Histogramms ist (das heißt, der Bereich unter der Kurve des Histogramms):

wobei h(j) das Histogramm der Szene ist als eine Funktion der Intensitätsgruppe j.Next is the step 820 defines a function using a histogram to update the level of the signals and to define an initial gain value by generating a cumulative distribution function equal to the forward sum of the histogram (that is, the area under the curve of the histogram) :

where h (j) is the histogram of the scene as a function of the intensity group j.

Die anfängliche Verstärkung und der anfängliche Pegel müssen bestimmt werden, wenn man von ALG auf MLG übergeht. Im Schritt 830 wird ein anfänglicher Pegel definiert und die Verstärkung wird auf der Basis der cdf-Endpunkte gesetzt: 1) anfänglicher Pegel L = midI; 2) anfängliche Verstärkung G basiert auf den cdf-Endpunkten: G = (high%-low%)*255/(highI-lowI) [12] wobei 'midI' gleich MaxI/2 ist; 'G' ist die Verstärkung und ist die Steigung der Linie, die von den 2 Endpunkten gebildet ist, 'high%' bestimmt den hohen Endpunkt der cdf und kann von dem Entwerfer bzw. Entwickler von 60% bis 100% gewählt werden; 'low%' bestimmt den niedrigen Endpunkt der cdf und ist 100%-high%; 'highI' ist die Gruppe, die einer cdf entspricht, die ein Bruchteil (Bruchteil = high%/100%) von dem maximalen cdf-Wert ist (das heißt,

und 'lowI' ist die Gruppe, die einer cdf entspricht, die einen Bruchteil (Bruchteil = low%/100%) des maximalen cdf-Werts ist (das heißt,

The initial gain and the initial level must be determined when moving from ALG to MLG. In step 830 an initial level is defined and the gain is set based on the cdf endpoints: 1) initial level L = midI; 2) initial gain G is based on the cdf endpoints: G = (high% -low%) * 255 / (highI-lowI) [12] where 'midI' is equal to MaxI / 2; 'G' is the gain and is the slope of the line formed by the 2 endpoints, 'high%' determines the high endpoint of the cdf and can be chosen by the designer from 60% to 100%; 'low%' determines the low end point of the cdf and is 100% -high%; 'highI' is the group that corresponds to a cdf that is a fraction (fraction = high% / 100%) of the maximum cdf value (that is,

and 'lowI' is the group that corresponds to a cdf that is a fraction (fraction = low% / 100%) of the maximum cdf value (that is,

Als eine beispielhafte Berechnung für das Verfahren, um die anfängliche Verstärkung zu finden, wenn die Endpunkte auf der Grundlage low% = 10% und high% = 90% gesetzt werden:

As an example calculation for the procedure to find the initial gain when the endpoints are set based on low% = 10% and high% = 90%:

Da sich cum über der Zeit nicht verändern sollte, kann der Wert von cum während der Initialisierung beim Einschalten festgelegt werden. G = (0,9-0,1)*MaxY/(highI-lowI) [14]wobei highI = 90% cdf-Punkt = Gruppe, so dass anfänglich gilt

und lowI = 10% cdf-Punkt = Gruppe, so dass anfänglich

Since cum should not change over time, the value of cum can be set during power-up initialization. G = (0.9-0.1) * MaxY / (highI-lowI) [14] where highI = 90% cdf point = group, so initially applies

and lowI = 10% cdf point = group, so initially

Als nächstes wird im Schritt 840 eine lineare Funktion definiert, um jeder Gruppe eine Graustufe zuzuweisen, wobei die Verstärkung und der Pegel unter der Steuerung eines Bedieners stehen. Der Pegel wird relativ zu dem Median angepasst (dieses Merkmal der automatischen Pegeleinstellung wird auch als automatische Hilfe (auto-assist) bezeichnet): Y(i) = G*[i-Median + L-midI)] + MaxY/2 [15]wobei 0 ≤ Y(i) ≤ MaxY ist. Das konventionale Verfahren 800 aktualisiert nur basierend auf Änderungen des Median und auf Verstärkungs-/Pegeländerungen durch den Bediener. Der Pegel passt sich automatisch relativ zum Median an (automatische Hilfe), während Änderungen der Verstärkung relativ zu der anfänglichen Verstärkung gemacht werden. Der Median ist der 50% cdf-Punkt oder:
der Median ist die Gruppe, bei der gilt:

Next is in step 840 defines a linear function to assign a gray level to each group, with the gain and level being under the control of an operator. The level is adjusted relative to the median (this auto level feature is also referred to as auto-assist): Y (i) = G * [i-median + L-midI)] + MaxY / 2 [15] where 0 ≤ Y (i) ≤ MaxY. The conventional method 800 updated only based on changes in median and gain / level changes by the operator. The level automatically adjusts relative to the median (automatic help), while changes in gain are made relative to the initial gain. The median is the 50% cdf point or:
the median is the group where:

Schließlich werden in den Schritten 850 und 860 jeweils entsprechend die Polaritätsanpassung und die Gamma-Korrektur durchgeführt gemäß dem ALG-Modus, der in 3 gezeigt ist.Finally, in the steps 850 and 860 respectively corresponding to the polarity adjustment and the gamma correction performed according to the ALG mode, which in 3 is shown.

5 ist ein Flussdiagramm von einem verbesserten Verfahren, um eine manuelle Pegel- und Verstärkungssteuerung bei einem infraroten bildgebenden System gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren 900 weist die Schritte der Erzeugung des Histogramms (910) und der Definition, wie das Histogramm das Video beeinflusst, (920), die in der gleichen Art und Weise implementiert werden wie Schritte 710 und 720 gemäß der Methode 700 aus der 3 und die Schritte 810 und 820 aus der 4. 5 FIG. 10 is a flow chart of an improved method for providing manual level and gain control in an infrared imaging system according to the teachings of the present invention. The inventive method 900 shows the steps of generating the histogram ( 910 ) and the definition of how the histogram affects the video ( 920 ), which are implemented in the same way as steps 710 and 720 according to the method 700 from the 3 and the steps 810 and 820 from the 4 ,

Im Schritt 930 werden eine Reduzierung der Sättigung und ein Begrenzungsverfahren in einer Art und Weise ähnlich zu der im Schritt 730 gemäß dem Verfahren 700 aus der 3 durchgeführt, mit der Ausnahme, wie weiter unten noch genauer erläutert wird, dass das Begrenzungsverfahren angewendet wird, nachdem die Änderung der Verstärkung durchgeführt ist, wodurch vermieden wird, dass der Bediener ein übermäßig verrauschtes und unbrauchbares Video erhält:

1) die Reduzierung der Sättigung eliminiert die Enden bzw. Seitenbereiche wie folgt: Neuberechnen cdf(MaxI): neue cdf(MaxI) = alte cdf(MaxI)-trans_hist(0)-trans_hist(MaxI) Eliminieren der Beiträge von beiden Enden: trans_hist(i) = 0 bei i = 0, i = MaxI [17]
2) das Begrenzungsverfahren wird angewendet, nachdem die Verstärkung wie folgt angewendet wurde: Anwenden der Verstärkung und Normalisierung: hist_clip(i) = G*norm*trans_hist(i) [18]indem max_occ nicht überschritten wird: Wenn hist_clip(i) > max_occ, dann hist_clip(i) = max_occ

cdf_clip(i) & mittlerer Pegel werden dann bestimmt (Details folgen später).In step 930 be a reduction of saturation and a limiting method in a manner similar to that in the step 730 according to the method 700 from the 3 with the exception that, as will be explained in more detail below, the clipping method is applied after the gain change is made, thereby preventing the operator from receiving excessively noisy and useless video:

1) the reduction of saturation eliminates the ends or page ranges as follows: Recalculate cdf (MaxI): new cdf (MaxI) = old cdf (MaxI) -trans_hist (0) -trans_hist (MaxI) Eliminate the contributions from both ends: trans_hist (i) = 0 at i = 0, i = MaxI [17 ]
2) the clipping method is applied after the gain has been applied as follows: Applying Gain and Normalization: hist_clip (i) = G * norm * trans_hist (i) [18] by not exceeding max_occ: If hist_clip (i)> max_occ, then hist_clip (i) = max_occ

cdf_clip (i) & middle level are then determined (details will follow later).

Beim Schritt 940 wird eine durch ein Histogramm gesteuerte Funktion definiert (im Gegensatz zu der linear gesteuerten Funktion des Verfahrens 800 aus dem Stand der Technik), um jeder Gruppe eine Grauabstufung zuzuweisen, wobei eine Verstärkung und ein Pegel unter der Steuerung durch einen Bediener stehen:

1) Bestimme die normalisierte cdf(i): wenn clip: cdf(i) = cdf_clip(i)/G [19]wobei 0 < i < MaxI
2) Bestimme Y(i): Y(i) = G*(cdf(i)-mittlerer Pegel) + MaxY/2 + (G < 1)*(1-G)*L/2 [20]wobei 0 ≤ Y(i) ≤ MaxY.

At the step 940 defines a function controlled by a histogram (as opposed to the linearly controlled function of the method 800 from the prior art) to assign a gray scale to each group, with a gain and a level under the control of an operator:

1) Determine the normalized cdf (i): if clip: cdf (i) = cdf_clip (i) / G [19] where 0 <i <MaxI
2) Determine Y (i): Y (i) = G * (cdf (i) average level) + MaxY / 2 + (G <1) * (1-G) * L / 2 [20] where 0 ≤ Y (i) ≤ MaxY.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde unter der Annahme ausgelegt, dass der Pilot den Pegel des gewünschten Ziels auf ein mittleres Grau einstellt und dann die Verstärkung erhöht, um den Kontrast innerhalb des Ziels zu erhöhen, ohne den durchschnittlichen Pegel des Ziels zu verändern. Der zusätzliche Term (G < 1)*(1-G)*L/2 wird benötigt, um es dem Pegel zu ermöglichen, die Extreme eines schwarzen oder weißen Videos zu erreichen, wenn die Verstärkung auf weniger als 1 reduziert wird.The inventive method was designed on the assumption that the pilot is the level of the desired Set the target to a medium gray and then increase the gain to the Increase contrast within the target, without the average To change the level of the target. The additional Term (G <1) * (1-G) * L / 2 is required, to allow it to level to reach the extremes of a black or white video, though the reinforcement is reduced to less than 1.

Die Verstärkung (G) und der Pegel (L) werden durch den Bediener wie folgt geändert: G = MLG_A*MLG_Bmlg_gain [21]wobei MLG_A = Minimumverstärkung ist und MLG_B die Geschwindigkeit der Änderung von G bestimmt, wenn der Bediener mlg_gain ändert (unter der Annahme, dass mlg_gain von 0 bis Max_mlg_gain variiert). Im ALG-Modus ist G = 1, so dass der anfängliche Wert von mlg_gain = -Log(MLG_A)/Log(MLG_B) ist. L = (mlg_level-Max_mlg_level/2)*MaxY/Max_mlg_level [22] The gain (G) and the level (L) are changed by the operator as follows: G = MLG_A * MLG_B mlg_gain [21] where MLG_A = minimum gain and MLG_B determines the rate of change of G when the operator changes mlg_gain (assuming that mlg_gain varies from 0 to max_mlg_gain). In ALG mode, G = 1, so the initial value of mlg_gain = log is (MLG_A) / log (MLG_B). L = (mlg_level-max_mlg_level / 2) * MaxY / Max_mlg_level [22]

Es sei angenommen, dass mlg_level von 0 bis Max_mlg_level variiert. Die Variable mlg_level wird vom Bediener eingegeben und ist anfänglich gleich Max_mlg_level/2, wenn der ALG-Modus aktiv ist (wodurch sich L = 0 ergibt).It Assume that mlg_level varies from 0 to max_mlg_level. The variable mlg_level is entered by the operator and is initially the same Max_mlg_level / 2, when the ALG mode is active (causing L = 0 results).

Schließlich werden in den Schritten 950 und 960 jeweils entsprechend die Anpassung der Polarität und die Gamma-Korrektur gemäß dem ALG-Modus, der in 3 dargestellt ist, durchgeführt.Finally, in the steps 950 and 960 Correspondingly, the polarity adjustment and the gamma correction according to the ALG mode, which are described in US Pat 3 is shown performed.

6 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens für das Begrenzungsverfahren, das im Schritt 930 des Verfahrens 900 aus der 5 implementiert ist. Das erfindungsgemäße Begrenzungsverfahren 1000 weist den Schritt 1010 auf, in dem ein Grad des Begrenzens etabliert wird, und zwar basierend auf der Bestimmung des minimalen, gewünschten, dynamischen Bereichs (der minimale dynamische Bereich entspricht der maximalen Verstärkung). Hier wird die Grenze der örtlich begrenzten Verstärkung basierend auf max_occ gesetzt: max_occ = MaxY/min_bins [23]wobei min_bins die kleinste Anzahl an Gruppen bzw. Bins festlegt, bei der das Video sich über den gesamten dynamischen Bereich von Schwarz bis Weiß erstrecken wird (oder ein Maximum von 1/min_bins des dynamischen Bereichs ist über 1 Gruppe verteilt). 6 is a flowchart of the method according to the invention for the limiting method, which in step 930 of the procedure 900 from the 5 is implemented. The limiting method according to the invention 1000 shows the step 1010 in which a degree of delimitation is established based on the determination of the minimum desired dynamic range (the minimum dynamic range corresponds to the maximum gain). Here, the limit of localized gain is set based on max_occ: max_occ = MaxY / min_bins [23] where min_bins sets the minimum number of groups or bins at which the video will span the entire dynamic range from black to white (or a maximum of 1 / min_bins of the dynamic range is spread over 1 group).

Als nächstes wird im Schritt 1020 die begrenzte, normalisierte, kumulierte Verteilungsfunktion bei angewendeter Verstärkung bestimmt:

1) Finde hist_clip(i) und begrenze hist_clip(i) auf max_occ: Finde hist_clip(i) durch Normalisieren und Anwenden der Verstärkung (wie in [18]): hist_clip(i) = G*norm*trans_hist(i) [24] Begrenze, indem max_occ nicht überschritten wird: Wenn hist_clip(i) > max_occ, dann hist_clip(i) = max_occ
2) Bestimme cdf_clip(i):

Next is in step 1020 the bounded, normalized, cumulative distribution function with applied gain determines:

1) Find hist_clip (i) and limit hist_clip (i) to max_occ: Find hist_clip (i) by normalizing and applying the gain (as in [18]): hist_clip (i) = G * norm * trans_hist (i) [24] Limit by not exceeding max_occ: If hist_clip (i)> max_occ, then hist_clip (i) = max_occ
2) Determine cdf_clip (i):

Hier ist die begrenzte cdf äquivalent zur begrenzten Y(i) für ALG, abgesehen davon, dass eine Verstärkung angewendet wird. Die Formel für „norm" ist dieselbe wie in der Gleichung [6].Here is the limited cdf equivalent to the limited Y (i) for ALG, except that a gain is applied. The Formula for "norm" is the same as in the equation [6].

Als nächstes wird im Schritt 1030 eine mittlere Graugruppe für unbegrenztes, pegelversetztes ALG bestimmt: cdf(Median) = MaxY/2-L [26] Next is in step 1030 a medium-sized gray group for unlimited, level-shifted ALG determines: cdf (median) = MaxY / 2-L [26]

Hier ist die cdf dieselbe wie Y(i) für unbegrenztes, pegelverschobenes ALG, also:

Here the cdf is the same as Y (i) for unlimited, level shifted ALG, so:

Als Median wird die Gruppe errechnet, bei der gilt: cdf(Median) = MaxY/2 = mittlerer Y-Wert [28] The median is calculated as the group where: cdf (median) = MaxY / 2 = mean Y value [28]

Verwendet man die gerade definierte cdf und setzt für i den Wert Median ein, ergibt sich:

If one uses the currently defined cdf and sets the value median for i, the result is:

Diese Beziehung wird weiter unten verwendet.These Relationship is used below.

Im Schritt 1040 wird die begrenzte normalisierte cdf beim Median (mittlere Graugruppe) bestimmt, indem der Wert des mittleren Pegels ermittelt wird: Mittlerer Pegel = cdf_clip(Median)/G [30]es sei denn, dass der Median nicht existiert.In step 1040 Determine the limited normalized cdf at the median (mean gray group) by finding the mean level value: Middle level = cdf_clip (median) / G [30] unless the median does not exist.

Im Schritt 1040 entsteht der „mittlere Pegel" durch eine Bestimmung des begrenzten und normalisierten cdf-Werts bei demselben Median, der für G = 1 ohne das Begrenzungsverfahren bestimmt wurde (das heißt, das Bestimmen eines mittleren Graus für den Schritt 940, so dass Verstärkung und Begrenzung den Median hinsichtlich des unbegrenzten, ALG-Medianwerts nicht verändern). In anderen Worten bedeutet dies, Mittlerer Pegel = cdf_clip(Median)/G [31] In step 1040 the "mean level" arises by determining the bounded and normalized cdf value at the same median determined for G = 1 without the clipping method (that is, determining a mean gray for the step 940 so that Gain and Limit will not change the median in terms of the unlimited ALG median). In other words, this means Middle level = cdf_clip (median) / G [31]

Für die Fälle, in denen der Median nicht existiert, weil eine große Pegelverschiebung gegeben ist, wird eine alternative Formel benötigt und wird wie folgt hergeleitet: Mittlerer Pegel = cdf_clip(Median)/G [32]

For the cases where the median does not exist because of a large level shift, an alternative formula is needed and is derived as follows: Mean level = cdf_clip (median) / G [32]

Es ist zu beachten, dass die Gleichung [33] auf der Definition des Begrenzungsverfahrens basiert.It Note that Equation [33] is based on the definition of Limiting method based.

Setzt man die in der Gleichung [29] gezeigte Beziehung ein, ergibt sich: Mittlerer Pegel = MaxY/2-L + begrenzte_Gruppen_vor_Median [34] Substituting the relationship shown in equation [29] yields: Middle level = MaxY / 2-L + limited_groups_before_Median [34]

Für L > MaxY/2 ist in [26] der mittlere Pegel negativ, was bedeutet, dass der Median (der tatsächlich nicht existieren kann, weil Y(i) immer größer als 0 ist) in der Theorie vor der ersten Gruppe auftritt, so dass eine Begrenzung noch nicht erfolgt ist und die Variable begrenzte_Gruppen_vor_Median ist 0; so ergibt sich, mittlerer Pegel = MaxY/2-L.For L> MaxY / 2 is in [26] the mean level is negative, which means that the median (which actually is not can exist because Y (i) is always greater than 0) in theory occurs before the first group, so a limit is not yet is done and the variable limited_groups_vor_median is 0; this results in a mean level = MaxY / 2-L.

Für L < -MaxY/2 ist in [26] der mittlere Pegel größer als MaxY, was bedeutet, dass der Median (der tatsächlich nicht existieren kann, weil Y(i) immer kleiner ist MaxY) in der Theorie nach der letzten Gruppe auftritt und das Begrenzungsverfahren abgeschlossen ist, wobei begrenzte_Gruppen_vor_Median gleich MaxY-cdf_clip(MaxI)/G ist; so ergibt sich, mittlerer Pegel = cdf_clip(MaxI)-MaxY/2-L.For L <-MaxY / 2 is in [26] the mean level is greater than MaxY, which means that the median (which in fact can not exist, because Y (i) is always smaller MaxY) in theory after the last one Group occurs and the limiting process is completed, where limited_groups_before_median equals MaxY-cdf_clip (MaxI) / G; so it turns out middle level = cdf_clip (MaxI) -MaxY / 2-L.

Im Schritt 1050 werden dann die Werte von cdf_clip(i) und mittlerer Pegel an den Schritt 940 aus der 5 weitergegeben.In step 1050 then the values of cdf_clip (i) and middle level are passed to the step 940 from the 5 passed.

Kurz gesagt unterscheidet sich das neue Begrenzungsverfahren von dem konventionellen Begrenzungsverfahren darin, dass die Begrenzung durchgeführt wird, nachdem die Verstärkung angewendet wurde und die begrenzten Gruppen werden nicht neu verteilt (das heißt, anstelle einer Neuverteilung der begrenzten Gruppen ist es das Ziel, das mittlere Grau beizubehalten, nachdem die Verstärkung erhöht wird, weshalb der mittlere Pegel bestimmt wird).Short In other words, the new limitation method differs from that conventional limiting method in that the limitation carried out will after the gain has been applied and the limited groups will not be redistributed (this means, instead of redistributing the limited groups, the goal is to to maintain the mean gray after the gain is increased, why the average level is determined).

Schließlich, unter Rückblick auf die 2, konvertiert der Videoprozessor 520 aus der 1 im Schritt 660 die Intensität von jedem Pixel in eine Abstufung von Grau und gibt die Daten in einem analogen Format für Fernsehdisplays (RS-170) aus.Finally, looking back at the 2 , the video processor converts 520 from the 1 in step 660 the intensity of each pixel in a gradation of gray and outputs the data in an analog format for television displays (RS-170).

Die Anpassungen des Pegels und der Verstärkung sind benutzerfreundlich in dem Sinne, dass eine Änderung des Pegels und der Verstärkung von einem ALG-Video unmittelbar und gleitend ist, wenn man eine feine Anpassung verwendet, und schnell, wenn man eine grobe Anpassung verwendet. Die Anforderungen des Piloten sind dahingehend, dass man erst eine grobe Änderung des Pegels vornehmen möchte, um das Ziel (bei dem es sich um eine Teilgruppe aus dem Histogramm handelt und die Intensität der Pixel des Ziels sind üblicherweise nahe der Enden des Histogramms, wo das Video schwarz oder weiß im ALG-Modus ist) bei einem mittleren Grau zu sehen, und dann eine grobe Erhöhung der Verstärkung vorzunehmen, um eine Kontrastverbesserung des Ziels zu bewirken. Dann kann eine feinere bzw. genauere Anpassung des Pegels nötig sein, bevor schließlich die letzte feine bzw. genaue Erhöhung der Verstärkung durchgeführt wird.The Level and gain adjustments are easy to use in the sense that a change level and gain from an ALG video immediate and sliding is when using a fine adjustment and fast, if you use a rough fit. The requirements of Pilots are like that until you make a big change of the level, around the target (which is a subset of the histogram acts and the intensity the pixels of the target are common near the ends of the histogram where the video is black or white in ALG mode is) seen in a medium gray, and then a rough increase in the reinforcement to improve the contrast of the target. Then a finer or more accurate adjustment of the level may be necessary before finally the last fine or exact increase the reinforcement carried out becomes.

Der einzige bekannte, auf einem Histogramm basierende und von einem Bediener steuerbare Algorithmus, der früher verwendet wurde, wurde ALG2 genannt (ALG2 wurde auf NAVFLIR vor ungefähr 10 Jahren implementiert). ALG2 hatte keine lokale Begrenzung der Verstärkung oder Algorithmen zur Reduzierung der Sättigung. Zudem wurden die Anpassungen des Pegels und der Verstärkung in einer benutzerunfreundlichen Art und Weise vorgenommen. Die Verstärkung wurde durch die Größe des Fensters vorgegeben (Gebiet des gewählten dynamischen Bereichs des Detektors) und der Pegel wurde eingestellt auf die Mitte des Fensters. Das Problem mit diesem Algorithmus war, dass das Fenster anfänglich im Mittelpunkt des dynamischen Bereichs des Detektors zentriert war, wobei ignoriert wurde, wo der Median (mittlere Graugruppe) sich befand. Man musste erst die Verstärkung erhöhen, bevor man wusste, wie der Pegel zu ändern ist. Kleine Änderungen der Verstärkung oder des Pegels ändern das Bild möglicherweise gar nicht, wenn das gesamte Histogramm nur einen kleinen Bereich des dynamischen Bereichs des Detektors abdeckt und sich in der Nähe der Mitte des dynamischen Bereichs befand. Kurz gesagt ist ALG2 deswegen nicht benutzerfreundlich, weil man durch eine Betrachtung des Bildes nicht weiß, wie man den Pegel anpassen muss, das heißt, man muss den richtigen Pegel suchen, nachdem die Verstärkung erhöht wurde.Of the only known, based on a histogram and by one Operator controllable algorithm that was used earlier ALG2 called (ALG2 was implemented on NAVFLIR about 10 years ago). ALG2 had no local limit of gain or algorithms for Reduction of saturation. In addition, the level and gain adjustments in made in a user-unfriendly manner. The reinforcement was by the size of the window specified (area of the selected dynamic range of the detector) and the level has been adjusted on the middle of the window. The problem with this algorithm was that the window initially Centered in the center of the dynamic range of the detector was, ignoring where the median (middle grays group) was. You first had to increase the gain before you knew how to change the level is. Small changes in the reinforcement or the level change the picture may be not at all if the entire histogram is just a small area covering the dynamic range of the detector and located near the center of the detector dynamic range. In short, ALG2 is not user-friendly, because you can not look at the picture White, How to adjust the level, that is, you have the right one Level search after the gain elevated has been.

Der andere Stand der Technik, der in 4 beschrieben ist, ist ein typischer linearer MLG-Algorithmus, der eine lineare Beziehung zum Ausgang des Detektors annimmt; daher kann der lineare MLG-Algorithmus keine größere örtliche Verstär kung bereitstellen, wo die Szene dominiert, wodurch ein ausgewaschenes Bild bereitgestellt wird, anders als bei den auf einem Histogramm basierenden MLG- oder ALG-Algorithmen. Das Umschalten von einem linear basierten MLG-Algorithmus von einem auf einem Histogramm basierenden ALG-Algorithmus resultiert in großen Änderungen des Videos. Mit dem auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus ergibt sich keine Änderung des Videos, wenn man von dem auf einem Histogramm basierenden ALG-Video umschaltet. Weil der ATFLIR DC-gekoppelt ist, wie die meisten starr-blickenden (staring) FLIRs, wird sich der durchschnittliche Videopegel erheblich verändern als eine Funktion von Änderungen der Szene und der Temperatur der Optik. In dem linearen manuellen Modus ohne automatische Hilfe wird es eine erhebliche Arbeitsbelastung des Bedieners erfordern, um mit diesen Änderungen Schritt zu halten, anders als bei dem auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung. Selbst mit der automatischen Hilfe würden erhebliche Änderungen der Szene (wie der Übergang von einer Boden-Szene hin zu einer Kombination von Himmel und Boden) darin resultieren, dass das Ziel gesättigt schwarz oder weiß ist, weil die Verstärkung nicht automatisch aktualisiert wird (der von einer automatischen Hilfe unterstützte MLG-Algorithmus fixiert die Verstärkung bei einem Übergang von ALG nach MLG).The other prior art, which in 4 is a typical linear MLG algorithm that assumes a linear relationship to the output of the detector; therefore, the MLG linear algorithm can not provide greater local amplification where the scene dominates, providing a washed-out image unlike the histogram-based MLG or ALG algorithms. Switching from a linear-based MLG algorithm to a histogram-based ALG algorithm results in large changes in the video. The histogram based MLG algorithm does not change the video when switching from the histogram-based ALG video. Because the ATFLIR is DC-coupled, like most staring ones FLIRs, the average video level will change significantly as a function of changes in the scene and the temperature of the optics. In the linear manual mode without automatic assistance, it will require significant operator workload to keep up with these changes, unlike the histogram-based MLG algorithm of the present invention. Even with the automatic help, significant changes in the scene (such as the transition from a ground scene to a combination of sky and ground) would result in the target being saturated black or white because the gain is not automatically updated (that of an MLG algorithm supported by an automatic help fixes the gain during a transition from ALG to MLG).

Als Teil des auf einem Histogramm basierenden MLG-Algorithmus wird die lokale Verstärkung auf einen vorgegebenen maximalen Wert begrenzt, um ein übermäßig rauschendes Bild zu vermeiden, wenn zu viel Verstärkung angewendet wird. In der Theorie kann das Begrenzungsverfahren tatsächlich die MRT-Leistung verbessern, indem das Rauschen des Hintergrunds reduziert wird.When Part of the histogram-based MLG algorithm is the local reinforcement limited to a predetermined maximum value to an overly rushing Picture to avoid if too much reinforcement is applied. In the Theory, the clipping method can actually improve the MRI performance, by reducing the noise of the background.

Schließlich wird ein Algorithmus zur Reduzierung der Sättigung angewendet (die seitlichen Gruppen bzw. die Gruppen am Ende des Histogramms werden begrenzt), um zu verhindern, dass die Sättigung das Video zu stark beeinflusst (große Mengen von weißer Sättigung führen dazu, dass die nicht gesättigten Bereiche des Videos übermäßig dunkel werden). Die Reduzierung der Sättigung ist insbesondere wichtig für MWIR FLIRs, wo der Sonnenschein ein Problem sein kann. Das Begrenzungsverfahren für die lokale Verstärkung wird auch helfen, Auswirkungen der Sätti gung zu reduzieren, indem die Gruppen des Histogramms nahe der Enden begrenzt werden.Finally will applied a saturation reduction algorithm (the lateral Groups or groups at the end of the histogram are limited), to prevent the saturation the video is too heavily influenced (large amounts of white saturation to lead to that the non-saturated Areas of the video overly dark become). The reduction of saturation is especially important for MWIR FLIRs where the sunshine can be a problem. The limitation procedure for the local reinforcement will be also help effects of saturation reduce by adding the groups of the histogram near the ends be limited.

Damit wurde die vorliegende Erfindung hier unter Bezug auf ein ausgewähltes Ausführungsbeispiel für eine ausgewählte Anwendung beschrieben. Personen mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet der Technik und mit Zugang zu den vorliegenden Lehren werden zusätzliche Änderungen, Anwendungen und Ausbildungsformen innerhalb dieses Bereichs erkennen.In order to For example, the present invention has been described with reference to a selected embodiment for one selected Application described. Persons with ordinary knowledge on the Field of technology and with access to the present teachings additional changes, Recognize applications and training within this area.

Es ist daher das Ziel mittels der angehängten Ansprüche jegliche und alle solche Anwendungen, Veränderungen und Ausführungsformen zu erfassen, die im Bereich der Erfindung liegen.It Therefore, the aim of the appended claims is any and all such Applications, changes and embodiments to grasp, which are within the scope of the invention.

Claims

Method for providing a manual level and gain control an imaging system characterized by the steps of: Receive a plurality of signals from a detector representing a scene; Produce a histogram of the scene, where the histogram is a number of intensity bins and an indication of a number of pixels in the signals of the Detector in each of the bins (MH1); Transform the histogram according to a first function that defines how the histogram affects the display of the signals (MH2); Setting a Limit with respect to the function, allowing a truncation (MH3) accomplished becomes; Determine a normalized cumulative distribution function of the converted histogram within the boundary at a local reinforcement (C2); and Receiving the amplification factor and the level input signal from an operator and defining a histogram-driven second Function to values according to this function and accordingly assign the result of the determination step to each bin (MH4).

The invention of claim 1, wherein the step of Further, cutting off the step of determining a bin middle grayscale for the transformed histogram (C3).

The invention of claim 2, wherein the step of Further cutting off the step of determining a clipped one normalized cumulative distribution function of the bins of a middle Grayscale (C4).

The invention of claim 3, wherein the step of Receiving the amplification factor and the level input, the step of determining a normalized one cumulative distribution function for each bin (C4).

The invention of claim 4, further comprising the step assigning a gray scale to each bin according to the second function (MH4).

The invention of claim 5, further comprising the step of setting a polarity each bin (MH5).

The invention of claim 5, further comprising the step of performing a gamma correction for every pixel in every bin (MH6).

System for providing a manual level and gain control for a Imaging system with: a first means for receiving a Variety of signals from a detector representing a scene; one second means for generating a histogram of the scene, wherein the Histogram a number of intensity bins and an indication of one Number of pixels in the signals from the detector in each of the Bins (MH1) comprises; a third means for converting the Histogram corresponding to a first function that defines how that Histogram influences a representation of the signals (MH2); one fourth means for setting a limit with respect to the function, thus to perform a truncation (MH3); a fifth Means for determining a normalized cumulative distribution function of the converted histogram within the boundary at a local reinforcement (C2); and a sixth means for receiving the amplification factor and the level input from an operator and to define a Histogram-controlled second function to set values for each Bin according to this function and according to the output of the fifth To be assigned by means of (MH4).

The invention of claim 8, wherein the means for adjusting a boundary further comprises a means for detecting a middle-rate bin Grayscale for the converted histogram (C3).

The invention according to claim 9, wherein said means for Setting a limit further means for determining a truncated normalized cumulative distribution function of the middle-sized bins Gray level (C4).

The invention of claim 10, wherein the sixth means means for determining a normalized cumulative distribution function for each Bin (C4).

The invention of claim 11, further comprising a means for assigning a gray scale to each bin according to the second one Function (MH4).

The invention of claim 12, further comprising a means to set a polarity each bin (MH5).

The invention of claim 13, further comprising a means to run a gamma correction for every pixel in every bin (MH6).